芳綸纖維:多功能聚合物增強纖維
芳綸纖維是一組合成纖維的總稱。 這些纖維提供了一組特性,使其特別適用于盔甲、服裝和廣泛的其他應用。 最常見的商業(yè)品牌是 Kevlar?,但在同一個大家族中還有其他品牌,例如 Twaron? 和 Nomex?。
歷史
芳綸的發(fā)展源于對尼龍和聚酯的研究。 該家族被稱為芳香族聚酰胺。 Nomex 是在 1960 年代初開發(fā)的,其特性導致廣泛用于防護服、絕緣材料和石棉的替代品。 對這種間位芳綸的進一步研究產(chǎn)生了我們現(xiàn)在所知的凱夫拉纖維。 Kevlar 和 Twaron 是對位芳綸。 Kevlar 由杜邦公司開發(fā)并注冊商標,并于 1973 年上市。
2011年全球芳綸產(chǎn)量遠超6萬噸,隨著生產(chǎn)規(guī)模擴大、成本下降和應用范圍擴大,需求穩(wěn)步增長。
特性
鏈分子的化學結(jié)構(gòu)使得(大部分)纖維沿軸排列,賦予它們出色的強度、柔韌性和耐磨性。由于具有出色的耐熱性和低可燃性,它們的不同尋常之處在于它們不會熔化——它們開始降解(大約 500 攝氏度)。此外它們還具有非常低的電導率,使其成為理想的電絕緣體。
憑借對有機溶劑的高耐受性,這些材料的全方位“惰性”方面為廣泛的應用提供了出色的多功能性。它們視野中唯一的污點是它們對紫外線、酸和鹽很敏感。除非經(jīng)過特殊處理,否則它們也會產(chǎn)生靜電。
這些纖維所具有的卓越性能提供了使它們成為廣泛應用的理想選擇的優(yōu)勢。然而,對于任何復合材料,在處理和加工時要小心謹慎。建議使用手套、口罩等。
應用
凱夫拉爾最初用于汽車輪胎加固,該技術(shù)仍然占主導地位,但在運輸中,纖維被用作石棉的替代品——例如用于剎車片。最廣為人知的應用可能是防彈衣,但其他保護用途包括消防員的防火服、頭盔和手套。
它們的高強度重量比使其在用作增強材料方面具有吸引力(例如在復合材料中,特別是在彎曲公差很重要的地方,例如飛機機翼)。在建筑方面,我們有纖維增強混凝土和熱塑性管道。腐蝕是石油工業(yè)中昂貴的海底管道的主要問題,因此開發(fā)了熱塑性管道技術(shù)以延長管道壽命并降低維護成本。
芳綸纖維的低拉伸性能(斷裂時通常為 3.5%)、高強度和耐磨性使芳綸纖維成為繩索和電纜的理想選擇,甚至用于系泊船舶。
在運動場上,弓弦、網(wǎng)球拍線、曲棍球桿、滑雪板和跑鞋是這些出色纖維的一些應用領(lǐng)域,水手們可以享受芳綸增強船體、芳綸線和肘部凱夫拉爾耐磨貼片的好處,膝蓋和后部!
即使在音樂世界中,芳綸纖維也被用作樂器簧片和鼓面,聲音通過芳綸揚聲器音盆傳遞。
未來
新的應用定期發(fā)布,例如,用于惡劣環(huán)境的高性能保護涂層,將芳綸纖維嵌入酯中。這對于涂覆新的鋼管來說是理想的——例如在水管可能埋在地下并且預算不允許使用更昂貴的熱塑性塑料替代品的公用事業(yè)中。
隨著改進的環(huán)氧樹脂和其他樹脂的定期引入,以及全球范圍內(nèi)多種形式(纖維、紙漿、粉末、短切纖維和編織墊)芳綸生產(chǎn)的不斷擴大,這種材料的使用增加得到了保證原始形式和復合材料。